Suomalaisen kvanttiteknologian juuret ovat vuonna 1965 perustetussa kylmälaboratoriossa, vaikka kvanttitietokoneen rakentamiseen tarvittavat perusteoriat kehitettiinkin 1980–1990-luvuilla. Ensimmäinen suomalainen kvanttitietokone, viiden kubitin Helmi, on rakennettu, testattu ja toimitettu ja on nyt kytkettynä Lumi-supertietokoneeseen.

Aalto-yliopiston teknisen fysiikan professori ja Quantum Computing and Devices -ryhmän päällikkö Mikko Möttönen kertoi TIVIA Uusimaan järjestämässä tapahtumassa torstaina 13.4.2023 Aalto-yliopistolla kvanttitietokoneista otsikolla ”Kvanttitietokoneen mahdollisuudet ja haasteet”.

Kvanttitietokoneen ytimessä olevan kubitin toiminta poikkeaa niin paljon klassisista tietokoneista, että kvanttitietokoneen myötä ollaan uudelleen samassa pisteessä kuin 60 vuotta sitten oltiin tietojenkäsittelyssä: tietokone painaa tonneja ja kuluttaa pari kymmentä kilowattia sähkötehoa. Paino ja sähkönkulutus liittyvät kuitenkin siihen, että kvanttitietokone perustuu suprajohtavuuteen, jonka vuoksi laskentaa tekevät kubitit on saatava 10 millikelvinin lämpötilaan. Massiivisen jäähdytyskoneiston lisäksi kone kaipaa vielä ulkopuolista elektroniikkaa.

Laskentaa tekevä kubitti on sen sijaan pieni. Siru itsessään on 10 mm x 10 mm x 0,5 mm kooltaan, kubitti luokkaa 0,1–1 mm ja liitokset 70 nanomm leveitä. Viime vuosien kehitys on tuonut uuden, vähemmän virheitä tuottavan ja nopeamman kubitin, uuden kubittien kytkimen, joka toimii 99,8 % tarkkuudella yhden millimetrin matkalla ja uuden kubittien alustimen, joka on nopea ja tarkka. Tarkkuutta tarvitaan kuitenkin lisää, jotta kubitteja voidaan liittää enemmän yhteen, tai muuten laskentatehosta suurin osa menee virheiden korjaamiseen.

Viiden kubitin jo toimitetun kvanttitietokoneen jälkeen IQM:llä on vielä kuluvana vuonna valmistuva 20 kubitin tietokone ja ehkäpä vuonna 2024 valmistuva 54 kubitin tietokone. Kaupalliseen käyttöön päästäneen 100 kubitin tietokoneella, kun on päästy 99,9 % tarkkuuteen. Se on jo näköpiirissä. Lopullinen tietokone on algoritmien ja hardwaren yhdistelmä. Algoritmikehitystäkin on jo Suomessa.

Kvanttitietokoneen idea on siinä, että se ratkaisee erilaisia ongelmia kuin perinteinen klassinen tietokone. Ikävä uutinen tietoturvaihmisille lienee se, että salauksessa käytetty suurten alkulukujen tulo ei ole kvanttitietokoneelle ratkaisematon paikka, vaikka se supertietokoneille sitä on tähän asti ollut. Muita käyttökohteita ovat muut kyberturvallisuuteen liittyvät tehtävät, optimointi, fintech, kemiallisten yhdisteiden ominaisuuksien demoaminen, materiaaliteknologia ja tekoäly. Vielä ei kaupallista käyttöä kvanttitietokoneella ole, mutta ensimmäiset kvanttitietokoneiden tuomat hyödyt nähdään piakkoin.

Suomalaisella kvanttitietokoneen kehitystyöllä on ylevät tavoitteet: ihmiskunnan hyvinvoinnin edistäminen. Kun kvanttitietokoneen kehitystä ei voi eikä kannata estää, sitä kannattaa olla tekemässä. Näillä eväin suomalainen kvanttiteknologian osaaminen noteerataan jo maailmalla ja IQM on Euroopan suurin kvanttitietokonetehdas.

Teksti: Reino Myllymäki

Kuva: Olli Teräs